Amplificateur - ENSA de Tanger

GIND / G3EI : 2014-2015
• Amplificateurs
–
–
–
–
Opérationnel
Des petits signaux
De puissance
Avec contre réaction
• Oscillateurs
• Générateurs de signaux.
1. Montage émetteur-suiveur
2. Darlington
3. Amplificateurs de puissance :
 Classe A
 Classe B
 Classe AB
 Classes C
 Classes D,E,F,G,H
4. Examples :
- Ampli 50W
-…
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
3/30
1. Montage émetteur-suiveur
 Un montage émetteur suiveur (ou collecteur commun), est un type
d’amplificateur dont le signal sur l’émetteur suit (même phase et même
amplitude en tension) le signal d’entrée.
 Les montages qualifiés de « suiveur » sont des amplificateurs de courant :
ils permettent d’obtenir un courant de sortie élevé tout en absorbant un
courant d’entrée quasiment négligeable
+VCC
R1
vin
R2
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
Masse virtuelle AC
RE
RL vout
2014 – 2015
4/30
1. Montage émetteur-suiveur
La source de tension continue Vcc est une source de tension
nulle en petits signaux. Pour les petits signaux et dans la bande
passante, les condensateurs de liaison ont des impédances
négligeables devant celles du circuit et la structure se comporte
comme le schéma suivant
re = RE RL
vin
R1
R2
vin= ie(re + re’)
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
re’
re
A=
re + re’
re
vout = iere
2014 – 2015
5/30
1. Montage émetteur-suiveur
On en déduit :
L'amplification en tension dans la bande passante :
Av = vs / ve  1
L'impédance d'entrée de l'amplificateur dans la bande passante :
Ze = (R1//R2//[rbe+ { //Re//RL}])
L'impédance de sortie dans la bande passante :
Zs = rbe/(+1)
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
6/30
1. Montage émetteur-suiveur
Modèle AC en p de l’ampli émetteur-suiveur
zin(stage) = R1 R2
(re + re’)
re = RE RL
vin
R1
R2
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
(re + re’)
2014 – 2015
re
vout
7/30
1. Montage émetteur-suiveur
RG
R1
R2
re’ A
RE
RL
zout
Thevenin au point A:
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
A
vth
2014 – 2015
RL
8/30
1. Montage émetteur-suiveur
Impédance de sortie d’un étage ES
zout = RE
(
re’ +
R1 R2 RG

)
Le gain en courant du transistor réduit l’impédance.
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
9/30
1. Montage émetteur-suiveur
IC(sat) =
VCC
VCE(blocage) = VCC
La droite de charge dc
RE
100 mA
14
80 mA
12
10
IC in mA
60 mA
8
6
4
40 mA
Q
20 mA
2
0
2
4
6
8
10 12
14
16
0 mA
18
VCE en Volts
La pente ac est plus raide:
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
re = RE RL
2014 – 2015
10/30
2. Montage Darlington
Le transistor Darlington est la combinaison de deux
transistors bipolaires de même type (deux NPN ou deux PNP)
Q1
Q2
Transistor Darlington
 = 12
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
11/30
2. Montage Darlington
Avantages
Grand gain : Le gain du premier transistor
multiplié par le gain du deuxième (1000 à 20000).
Inconvénients
Le seuil de conduction VBE à partir duquel le Darlington
commence à conduire est doublé par rapport à un transistor
simple: VBE du Darlington est l'addition des deux VBE.
 La chute de tension VBEsat du Darlington (1,3 V) est
supérieure à celle d'un transistor bipolaire simple (0,65 V), ce
qui augmente sensiblement les pertes par effet joule, en
particulier dans les applications de puissance.
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
12/30
Prix du Marché !!
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
13/30
Prix du Marché !!
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
14/30
Amplification de puissance : Définition
Alimentation
Préamplification
Amplification de
puissance
Charge
Puissance
pérdue
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
15/30
3. Amplificateurs de puissance
Classe A
La totalité du signal d’entrée (100 %) est utilisée (a = 360°).
Classe B
La moitié du signal (50 %) est utilisée (a = 180°).
Classe AB
Plus de la moitié mais pas la totalité du signal (50–100 %) est utilisée
(180° < a < 360°).
Classe C
Moins de la moitié (0–50 %) du signal est utilisée (0 < a < 180°).
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
16/30
3. Amplificateurs de puissance
Il existe d’autres classes pour les amplificateurs analogiques : Ces
classes ne se distinguent plus des autres grâces à leur angle de
conduction mais grâce à leur rendement
Classe G
Les amplificateurs de classe G possèdent plusieurs bus de tensions
différentes et passent de l’un à l’autre en fonction de la puissance
demandée en sortie. Cela permet d’augmenter le rendement en
diminuant la puissance « perdue » dans les transistors de sortie
Classe H
Les amplificateurs de classe H sont similaires à ceux de classe G, à la
différence près que la tension d’alimentation est modulée par le signal
d’entrée
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
17/30
3. Amplificateurs de puissance
Classe D
Utilisent leurs composants actifs comme des interrupteurs en les
amenant dans leur zone saturée
Classe E et F
sont des amplificateurs à haut rendement qui sont optimisés pour
n’amplifier qu’une faible gamme de fréquences. Ils sont généralement
utilisés pour amplifier les fréquences radio.
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
18/30
3. Amplificateurs de puissance
Types de couplage entre étages
dc
ac
Capacitive
Direct
ac
Transformateur
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
19/30
4. Amplificateur classe A
+VCC
L’ampli a 2 droites de charge.
R1
RC
RL vout
vin
R2
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
RE
2014 – 2015
20/30
4. Amplificateur classe A
IC(sat) =
VCC
La droite de charge dc
RC + R E
VCE(blocage) = VCC
100 mA
14
12
10
IC en mA 8
6
4
2
80 mA
60 mA
40 mA
Q
0
La droite de charge AC
a une pente plus raide.
2
4
6
20 mA
8 10 12 14 16 18
0 mA
VCE en Volts
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
21/30
4. Amplificateur classe A
100 mA
14
80 mA
12
10
IC en mA 8
6
4
2
60 mA
40 mA
Q
20 mA
0 2
4
6
8 10 12 14 16 18
0 mA
VCE en Volts
vpp2
pout =
8RL
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
MPP2
pout(max) =
2014 – 2015
8RL
22/30
4. Amplificateur push-pull classe B / AB
T1
vin
Q1
T2
+VCC
Q2
Q1 conduit pour le demi-cycle positif
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
23/30
4. Amplificateur push-pull classe B / AB
Q1
T2
T1
+VCC
vin
Q2
Q2 conduit pour le demi-cycle négatif.
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
24/30
4. Amplificateur push-pull classe B / AB
+VCC
R1
Lorsque Q2 conduit,
la capacité
Q1
se décharge.
R2
R3
vin
Q2
RL vout
R4
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
25/30
4. Amplificateur push-pull classe B / AB
•
•
•
•
•
•
•
ICQ = 0
VCEQ = VCC/2
MPP = VCC
A1
zin(base) = RL
PD(max) = MPP2/40RL (chaque transistor)
pout(max) = MPP2/8RL
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
26/30
4. Amplificateur push-pull classe B / AB
Distortion de croisement de la classe B
+VCC
R1
Q1
R2
R3
vin
RL
Q2
R4
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
27/30
vout
4. Amplificateur push-pull classe B / AB
Polarisation
par diode
+VCC
VCC - 2VBE
Ibias =
R
2R
ICQ  Ibias
VCC
IC(sat) =
2RL
IC(sat)
Iav =
2VBE
p
Idc(total) = ICQ + Iav
RL
vin
Pdc(in) = VCCIdc(total)
VCC2
pout(max) =
R
h=
8RL
pout
x 100%
Pdc
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
28/30
4. Amplificateur push-pull classe B / AB
Préampli EC à liaison directe
+VCC
R3
R1
Q2
Q3
RL
vin
Q1
R2
AQ1 
R3
R4
R4
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
29/30
4. Amplificateur …..
Trouvez la classe de cet amplificateur
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
30/30
4. Amplificateur …..
Trouvez la classe de cet amplificateur
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
31/30
4. Amplificateur …..
Trouvez la classe de cet amplificateur
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
32/30
4. Amplificateur …..
Trouvez la classe de cet amplificateur
L'AOP amplifie en tension avec le gain -R2/R1. L'amplificateur de courant de sortie
est constitué par les éléments R4, D1, D2, R5, T1, R6, R7 et T2. Le courant délivré en
sortie de l'AOP est amplifié par les transistors T1 et T2. L'alternance positive est
délivrée par le transistor T1 tandis que l'alternance négative l'est par T2.
Le rôle de R4, D1, D2 et R5 est de polariser les transistors. Le courant continu de
sortie de repos (en l'absence de tension de sortie) est ajusté par les tensions aux
bornes des diodes D1 et D2. Quand les résistances R4 et R5 sont réduites, la tension
aux bornes de D1 et D2 augmente et il en est de même pour le courant de repos dans
R6 et R7 qui R7 jouent un rôle de stabilisation thermique. En effet, quand la tension
Vbe aux bornes des transistors T1 et T2 varie suite à une variation de la température
(la puissance délivrée par T1 et T2 peut ne pas être négligeable et il y a échauffement
des transistors), le courant de repos dans les transistors augmente et il en est de
même pour les tensions aux bornes de R6 et R7. Comme la tension aux bornes de D1
et D2 varie peu, les tensions Vbe vont être réduite.
La contre réaction de l'AOP est faite après les deux transistors pour avoir une
tension avec peu de distorsion en sortie.
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
33/30
4. Amplificateur …..
Trouvez la classe de cet amplificateur
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
34/30
4. Amplificateur …..
Etage d'entrée de l'ampli
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
35/30
4. Amplificateur …..
Etage Amplificateur en tension
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
36/30
4. Amplificateur …..
Etage de sortie de l’amplificateur
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
37/30
4. Amplificateur …..
Transistor de puissance
Cours électronique Analogique GIND – G3EI
2014 – 2015
38/30